基于物联网的农产品质量安全监管体系研究

出了更高的要求ꎮ 国际社会上各个国家和地区在 农产品质量安全方面都有了长足的进步ꎬ 尤其是 国外发达国家ꎮ 欧盟㊁ 美国㊁ 日本等国纷纷建立 食品质量安全追溯系统 [ ２] ꎬ 要求保全相关食品流 通的全过程记录ꎬ 但由于社会环境㊁ 供应链参与 者素质等存在差异ꎬ 国外现有的各项成果在中国 的适用性还需要进一步的检验ꎮ
工商㊁ 配送商㊁ 超市等零售企业所做的各类处理进 行信息的标记ꎬ 同时通过信息系统ꎬ 使得供应链各 环节的工作人员能及时在合适的时间上传追溯信息ꎬ 同时建立批次间的对应关系ꎮ 消费者通过手机扫描 形式读取零售包装上的追溯码ꎬ 使得产品的信息透 明化ꎮ 基于此ꎬ 农产品质量安全体系管理真正达到
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( ２０１６ 年 ８ 月) 第 ８ 期
基于物联网的农产品质量 安全监管体系研究
( 华南理工大学经济与贸易学院ꎬ 广东㊀ 广州㊀ ５１０００６ )
颜㊀ 波ꎬ 王欣妮
摘㊀ 要: 本文基于物联网技术ꎬ 从信息技术角度出发ꎬ 以农产品为研究对象ꎬ 分析包含生产环节㊁ 加工 提出基于物联网技术的农产品质量安全可追溯性的解决方案ꎮ 关键词: 物联网技术ꎻ 农产品质量安全ꎻ 监管体系 中图分类号: Ｒ１５５ ꎻ Ｆ３０４������ ３㊀ 文献标识码: Ａ
十二五
规划项目 ( ＧＤ１５ＣＧＬ１５ ) ꎬ 广东省科技计划项
作者简介: 颜波 ( １９７０ － ) ꎬ 男ꎬ 湖南怀化人ꎬ 华南理工大学经济与贸易学院教授㊁ 博士生导师ꎻ 研究方向: 物联网㊁ 物流工程㊁ 供应链管理等ꎮ
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对国内外的相关 文 献 进 行 分 析 ꎬ 可 以 发 现 ꎬ 在农产 品 质 量 安 全 管 理 方 面 ꎬ 国 内 外 的 研 究 大 多集 中 于 利 益 博 弈 分 析 评估 发
环节㊁ 配送环节㊁ 零售环节直至最终消费者在内的供应链流程ꎬ 研究物联网技术在各环节的具体应用ꎬ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｅｘｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ
ｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｅｃｔｏｒｓꎬ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｅｃｔｏｒｓꎬ ｒｅｔａｉｌ ｓｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ������ Ｗｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ
１㊀ 引言
近年来ꎬ 食品安 全 事 件 频 频 发 生ꎬ 既 难 以 得 到保障ꎬ 又无法从源头上有效控制ꎬ 严重影响了 消费者的购买信心ꎮ 而随着信息时代的到来ꎬ ＩＣＴ ( 信息㊁ 通信㊁ 技术) 进入到农产品供应链中ꎬ 技 术的进 步 一 方 面 提 高 了 农 产 品 生 产㊁ 运 输 的 效 率 [ １] ꎬ 另一方面也让消费者对农产品质量安全提
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和成品零售等基本环节ꎬ 以及贯穿于各环节内部 和供应链上下游流通中的仓储㊁ 运输㊁ 装卸㊁ 搬 运等物流活动ꎬ 如何协调这些环节是提高农产品 供应链运作效率的关键ꎮ 将物联网运用到农产品 供应链各个环节中ꎬ 方便把各项信息全面而又细 致地读入到管理信息系统中ꎬ 也便于在各个环节 中增减相应的数据ꎮ ３������ １㊀ 生产环节 生产环节是农产品供应链的源头ꎮ 中国的农产 品种植普遍采用松散化㊁ 粗放型的传统模式ꎮ 随着 农业现代化㊁ 数字化的不断发展ꎬ 农户等生产企业 逐步树立起农产品精细型㊁ 集约化养殖的经营意识ꎬ 品牌意识也不断增强ꎮ 特别是在食品安全问题日益 严重的时代背景下ꎬ 消费者更加注重所购买的食品 安全性ꎬ 政府监管部门也大大加强了对食品行业的 监管力度ꎮ 因此ꎬ 作为农产品供应链的源头ꎬ 种植
２㊀ 基于物联网技术的农产品质量安全 体系架构
２������ １㊀ 基于物联网技术的农产品质量安全体系管理 层次 农产品质量安全体系涉及到多个参与方ꎬ 本 体系所涉及的主要有农户等生产种植基地㊁ 农产 品加工厂㊁ 配送中心㊁ 超市㊁ 消费者和政府监管 部门 等ꎮ 图 １ 所 示 为 农 产 品 质 量 安 全 体 系 管 理 层次ꎮ
Ｙａｎ Ｂｏꎬ Ｗａｎｇ Ｘｉｎｎｉ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｍｍｅｒｃｅꎬ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０００６ ꎬ Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓꎬ ａｎｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＩＴ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｖｉｅｗꎬ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ ｏｆ ａｇｒｏ￣ｐｒｏｄｕｃｔｓꎬ ｉｎｃｌｕ￣ ｔｈｉｎｇｓ ｉｎ ａｌｌ ａｓｐｅｃｔｓꎬ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｓａｆｅｔｙ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ������ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓꎻ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ������ ｓａｆｅｔｙꎻ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
[５] [３]
构建适合国情的食品安全管理体系ꎬ 促进农产品 生产企业增收并带动农业及相关产业发展ꎮ ② 运 用物联网技术ꎬ 分析物联网系统与供应链管理的 其他信息系统集成㊁ 协调过程ꎬ 建立农产品供应 链各个环节的信息传递机制ꎬ 实现问题农产品食 品的精确召回ꎬ 通过对农产品供应链各个环节具 有不可逆转等特性的研究ꎬ 建立符合农产品质量 安全国情的物联网架构ꎮ
基地的安全追溯对整个质量安全供应链追溯体系的 建立起到至关重要的作用ꎮ 基于物联网的农产品生 产环节追溯流程如图 ３ 所示ꎮ
图 ３㊀ 基于物联网的农产品生产环节追溯流程
要实现 对 某 一 种 植 基 地 的 生 产 环 节 的 追 溯ꎬ 需要追溯的内容包括: 农户等生产企业基本信息㊁ 种植过程中农产品质量安全信息 ( 包括肥料㊁ 农 药㊁ 疾病预防㊁ 治疗等信息) ꎬ 具体如表 １ 所示ꎮ
２������ ２㊀ 基于 物 联 网 技 术 的 农 产 品 质 量 安 全 体 系 架 当前ꎬ 学者认为 物 联 网 是 一 个 由 感 知 层㊁ 网 络层和应用层组成的三层体系ꎮ 实际上ꎬ 将信息 的传输和处理放在同一层次ꎬ 或者将处理和应用 放在同一 层 次ꎬ 一 方 面 限 制 了 信 息 的 处 理 范 围ꎬ 构筑单点㊁ 闭环应用ꎬ 另一方面不利于不同应用
３㊀ 物联网技术严格覆盖农产品供应链 全流程
建立农产品质量安全追溯系统ꎬ 主要实现以 下两个基本目标 [ １１] : ( １ ) 农产品供应链节点的追溯: 为了确保对
各种信息系统进行交互ꎬ 实现信息的共享ꎮ
农产品供应链全程的可追溯性管理ꎬ 必须实现对 农产品从最初的生产基地经生产㊁ 加工环节直至 流通到最终消费者的整个过程中所涉及的各个参
度出 发ꎬ 以 农 产 品 为 研 究 对 象ꎬ 分 析 包 含 生 产㊁ 加工㊁ 配送㊁ 零售环节直至最终消费者在内的供 应链流程ꎬ 形 成 对 农 产 品 供 应 链 的 全 程 可 追 踪ꎬ
图 １㊀ 基于物联网技术的农产品质量安全体系管理层次图
㊀ ㊀ 如图 １ 所示ꎬ 农户等生产种植基地㊁ 加工厂㊁ 配送中心㊁ 超市㊁ 消费者和政府监管部门等通过 Ｉｎ￣ ｔｅｒｎｅｔ 与农产品质量安全体系进行信息的联通与交 互ꎬ 利用物联网技术㊁ ＲＦＩＤ 和条码技术在其中作为 信息采集技术ꎬ 达到对农产品供应链全过程进行监 控的目的ꎮ 物联网技术的应用可以对生产企业㊁ 加
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下行跟踪ꎬ 上行追溯 构图
的目的ꎮ
之间以及不同物品之间的资源共享和复用ꎮ 因此ꎬ 在当前阶段ꎬ 人们更加倾向于将信息的传输和处 理分开ꎬ 将通用㊁ 公共的信息处理部分独立出来ꎬ 作为物联网基础设施ꎬ 可以供多个应用共享使用ꎮ 因此ꎬ 本文将物联网架构划分为四个层次: 感知 层㊁ 传输层㊁ 智能层和应用层ꎬ 结合农产品质量 安全管理ꎬ 构建基于物联网技术的农产品质量安 全体系ꎬ 如图 ２ 所示ꎮ
表 １㊀ 基于物联网的农产品生产环节质量安全追溯信息 序号 １ 追溯内容 农户等生产企业基本信息 追溯数据 名称㊁ 组 织 机 构 代 码ꎬ 法 人 代 表ꎬ 电话ꎬ 地址等 ＰＨ 值㊁ 温度㊁ 湿度 农药㊁ 细菌含量 种植过程中农产品质量安全信息 激素㊁ 抗生素等含量 虫害预防时间㊁ 方法 具体症状 治疗方法及效果 农产品患病时的具体表现 详细的治疗方法及具体用药效果 参照 ＮＹ ５０１０ 如未使用则填写 参照 ＮＹ ５０１０ ２００２ ２００２ 无 指标参考值
㊁ 污染监管
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[４]
㊁Байду номын сангаас风险
等 角 度ꎮ 而 关 于 物 联 网 在 供 应 链 中 的 研 ㊁ 系统设计开 等几个 方 面 ꎮ 目 前 虽 有 将 物 联 网 技 术 应
究主要 集 中 在 产 品 信 息 追 溯
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用到供 应 链 管 理 中 的 研 究 ꎬ 但 是 对 于 物 联 网 如 何具体应用到农产品供应链这一特殊的供应链 的业务 流 程 分 析 较 少 ꎬ 对 于 物 联 网 系 统 如 何 与 供应链 管 理 的 其 他 信 息 系 统 进 行 集 成 ㊁ 协 调 的 研究较 少 ꎻ 同 时 ꎬ 在 利 用 物 联 网 技 术 对 农 产 品 供应链 中 信 息 追 溯 和 事 故 安 全 处 理 方 面 ꎬ 主 要 侧重于 系 统 设 计 以 及 平 台 的 搭 建 等 技 术 层 面 ꎬ 缺乏详细的体系构建 ꎮ 为此ꎬ 本文做了如下研究: ① 从信息技术角
基金项目: 广东省软科学研究计划项目 ( ２０１３Ｂ０７０２０６０１３ ꎬ ２０１５Ａ０７０７０４００５ ) ꎬ 广东省哲学社会科学 收稿日期: ２０１６ － ０１ － ０５
目 ( ２０１３Ｂ０４０５００００７ ꎬ ２０１３Ｂ０４０２０００５７ ) ꎬ 中央高校基本科研业务费专项资金项目 ( ２０１５ＸＺＤ１４ ꎬ ２０１５ＫＸＫＹＪ０２ ) ꎮ
图 ２㊀ 四层物联网体系架构图
㊀ ㊀ 农产品供应链节点企业内部通过建立局域网 无线网络ꎬ 而企业间的通信主要是通过 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 与
进行信息传递ꎬ ＲＦＩＤ 标签数据的读写主要是通过
与单位的追溯ꎮ 应链过程中各环节的每一个关键步骤或关键程序 都可能引发食品安全问题ꎮ 因此ꎬ 对每一具体批 次农产品的追溯是实现其质量安全可追溯性管理 的另一条主线ꎮ 产品追溯主要涉及影响产品安全 的关键指标的追溯和产品所在供应链位置的跟踪 与监控ꎮ 无论是对农产品供应链参与单位的追溯ꎬ 还 是对批次农产品质量安全信息的追溯ꎬ 都必须建 立在对具体农产品供应链流程分析的基础上ꎮ 农 产品供应链流程主要涵盖生产㊁ 加工㊁ 成品配送 ( ２ ) 农产品质量安全信息的追溯: 农产品供
２
３������ ２㊀ 加工环节 根据消费者饮食习惯的不同ꎬ 农产品可以被 加工成多种不同类型的成品ꎮ 研究农产品供应链 的可追 溯 性 管 理ꎬ 必 须 依 据 具 体 的 供 应 链 流 程 ( 见图 ４ ) ꎬ 加工环节作为食品供应链中最为复杂和 对食品安全影响最为关键的环节之一ꎬ 相关的加 工厂必须严格监控生产线的每个环节ꎬ 重点监测 加工过程中的各关键控制点的限值ꎬ 杜绝由于操 作疏漏引发的安全隐患ꎮ 农产品供应链的加工环节始于对采收后的农 产品的农药测定ꎮ 在同一批次农产品采收后ꎬ 将 送到企业的质监部门和当地政府检测机构ꎬ 对农 作物的农残量㊁ 品质等进行检测ꎬ 检测后应出示 该采收批次农作物的详细检测证明材料ꎻ 企业可 根据检测结果对农作物进行分级ꎬ 将同一采收批